[发明专利]一种具有电液作动器的整车主动悬挂的状态反馈控制方法

权利要求书

1.一种具有电液作动器的整车主动悬挂的状态反馈控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：建立整车主动悬挂系统动力学模型；具体包括以下步骤：

首先，建立整车主动悬挂的动力学模型：

在上述公式(1)中：

F_si＝k_siy_i y₁＝z_s+asin(θ)-csin(φ)-z_u1 y₃＝z_s-bsin(θ)-csin(φ)-z_u3

y₂＝z_s+asin(θ)+dsin(φ)-z_u2 y₄＝z_s-bsin(θ)+dsin(φ)-z_u4

其中，M是车体质量，I_θ是俯仰运动的转动惯量，是翻滚运动的转动惯量，Z_s是整车质心垂向位移，θ和分别表示车体的俯仰角和翻滚角，m_i(i为1、2、3、4)是车轮质量，F_si是弹簧力，F_di是阻尼力，k_si和k_di分别是弹性系数和阻尼系数，k_ti是车轮的刚性系数，z_ui表示车轮的垂向位移，z_0i表示路面激励，a、b、c和d表示距离车体质心的距离，u_i表示的是单出杆电液作动器产生的主动力；在系统模型(1)中，ΔF₁、ΔF₂和ΔF₃是不确定的未建模动力学和外部扰动项的集总项，u_z、u_θ分别是由实际的单出杆液压作动器产生的主动力u_i计算得到，计算公式如下所示：

然后，基于cu₃-du₄＝0和公式(2)，单出杆液压作动器u_i能够由u_z、u_θ推导得到如下形式：

单出杆电液作动器输出力u_i＝A₁P_1i-A₂P_2i，其中A₁、A₂分别是无杆腔有效面积和有杆腔有效面积，P_1i、P_2i分别是第i个作动器的无杆腔压力和有杆腔压力，它们可用压力传感器测量得到；

步骤2：建立单出杆电液伺服系统的负载动力学模型；

步骤3：选取状态变量，推导出具有单出杆电液伺服作动器的整车主动悬挂系统的状态空间表达式；

步骤4：根据整车主动悬挂的期望性能指标以及利用传感器测得的状态信号设计低复杂状态反馈控制率；具体包括：

(1)为整车子系统(10)的垂向、俯仰、翻滚运动设计虚拟控制器u_zd、和u_θd对车体垂向位移x₁设计虚拟控制器u_zd，然后利用同样的步骤设计得到俯仰角x₅和翻滚角x₃的虚拟控制器和u_θd；

1)设计垂向位移x₁的虚拟控制函数u_zd：

第一步：定义误差变量z₁＝x₁-x_1r和标准误差x_1r是状态变量x₁的参考轨迹，ρ₁(t)固定时间性能函数：式中ρ₁₀、ρ_T1、T₁是一组正常数，参数ρ₁₀的选取必须满足定义转换误差如下：

第一个虚拟控制器如下：

上式中k₁是正常数；

第二步：定义虚拟控制误差为z₂＝x₂-α₁和标准误差为第二个固定时间性能函数ρ₂(t)如下：同样的，ρ₂₀、ρ_T2、T₂是一组正常数，参数ρ₂₀的选取必须满足定义第二个转换误差如下：

子系统(10)的垂向运动的虚拟控制函数u_zd被设计成如下形式：

上式中k₂是正常数；

2)设计翻滚角x₃的虚拟控制函数

ζ₄＝z₄/ρ₄；z₄＝x₄-α₂；

ζ₃＝z₃/ρ₃；z₃＝x₃-x_3r；

上式中，ρ₃₀，ρ_T3，T₃和ρ_40，ρ_T4，T₄被设计者挑选的合适的正常数，并且参数ρ₃₀和参数ρ₄₀的选取必须满足和k₃和k₄是正的控制增益；

3)设计俯仰角x₅的虚拟控制函数u_θd：

ζ₆＝z₆/ρ₆；z₆＝x₆-α₃；

ζ₅＝z₅/ρ₅；z₅＝x₅-x_5r；

上式中，ρ₅₀、ρ_T5、T₅和ρ₆₀、ρ_T6、T₆被设计者挑选的合适的正常数，并且参数ρ₅₀和参数ρ₆₀的选取必须满足和k₅和k₆是正的控制增益；

(2)推导出作动器子系统(12)的实际控制器u_v1、u_v2、u_v3和u_v4；

根据公式(3)，单出杆电液作动器期望的理想输出力u_id(i为1…4)能够根据公式(16)-(18)获得的u_zd、和u_θd计算得到：

1)设计第一个作动器的实际控制电流u_v1：

定义误差变量z₁₅＝x₁₅-x_15d和标准误差ζ₁₅＝z₁₅/ρ₁₅,x₁₅＝A₁P₁₁-A₂P₂₁是第一个电液作动器实际的输出力；ρ₁₅(t)是固定时间性能函数：式中ρ₁₅₀、ρ_T15、T₁₅是一组正常数，参数ρ₁₅₀的选取必须满足定义转换误差如下：

被设计的第一个作动器的实际控制法则如下：

上式中k₁₅是正的控制增益；

2)设计第二个作动器实际控制电流u_v2：

ζ₁₇＝z₁₆/ρ₁₆；z₁₆＝u₂-u_2d

u₂＝A₁P₁₂-A₂P₂₂；

3)设计第三个作动器实际控制电流u_v3：

ζ₁₉＝z₁₇/ρ₁₇；z₁₇＝u₃-u_3d

u₃＝A₁P₁₃-A₂P₂₃；

4)设计第四个作动器实际控制电流u_v4：

z₁₈＝z₁₈/ρ₁₈；z₁₈＝u₄-u_4d

u₄＝A₁P₁₄-A₂P₂₄；

在式(21)-(23)中，u_i＝A₁P_1i-A₂P_2i,i＝2,34是第i个电液作动器实际的输出力，ρ₁₆₀、ρ_T16、T₁₆，ρ₁₇₀、ρ_T17、T₁₇和ρ₁₈₀、ρ_T18、T₁₈为正常数，参数ρ_m0的选取必须满足m＝16、17、18；k₁₆、k₁₇和k₁₈是正的控制增益；

步骤5：根据步骤4中设计的低复杂状态反馈控制率证明具有单出杆电液作动器的整车主动悬挂系统稳定性；

步骤6：反复调节影响控制率的各个参数，直到仿真结果达到预期的控制效果。